JP6371575B2

JP6371575B2 - 超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置

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Publication number: JP6371575B2
Application number: JP2014095196A
Authority: JP
Inventors: 洋幸山口; 佐藤　明良; 明良佐藤; 憲志木村; 宏明畠中; 明憲津田; 祐気永井
Original assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-05-02
Also published as: JP2015212654A

Description

本発明は、被検体の内部における欠陥の有無を判定するのに用いられる超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置に関するものである。

非破壊検査の１つとして、超音波を用いた探傷検査が従来から行われている。この超音波探傷検査の１つにパルス反射法がある。このパルス反射法とは、送信用探触子から発した超音波が被検体に入射してこの被検体に内在するきず等の欠陥や被検体の底面で反射して戻る反射波を受信用探触子で受信して、欠陥の位置や大きさ等の欠陥の性状を調べる検査手法である。このような検査手法は、ボイラや原子力プラント等の構造物の検査に広く利用されている（特許文献１参照）。

特開２００２−００５９０４号公報

ところで、上述した特許文献１のように、被検体に内在する欠陥を間にして送信用探触子と受信用探触子とを並べて配置して超音波探傷検査を行う場合において、受信用探触子は、被検体の底面で反射して戻る反射波に加えて欠陥の先端部で回折した回折波を受信する。この際、受信した反射波の信号波形と回折波の信号波形とが重ならないようにするために、被検体に入射する超音波の周波数をある程度高い周波数に設定する必要がある。

しかしながら、検査対象の被検体が高減衰材である場合には、被検体に入射する超音波の周波数を高い周波数に設定すると、高減衰材である被検体内で超音波が減衰し易くなる分だけ透過性が悪くなり、これに対処するべく受信感度を上げてしまうと、ノイズの影響が大きくなって欠陥の性状の検出が困難になるので、好ましくない。

一方、被検体に入射する超音波の周波数を低い周波数に設定すると、高減衰材である被検体内で減衰し難くなるものの、上記したように、受信した反射波の信号波形と回折波の信号波形とが互いに重なり合ってしまい、欠陥の性状の検出が難しくなってしまうという問題があり、これを解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した課題に着目してなされたものであり、低い周波数の超音波を用いた探傷検査を行うことができ、被検体が高減衰材であったとしても、被検体に内在する欠陥の性状を精度よく検出することが可能な超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するべく、本発明の第１の参考態様は、超音波が減衰する減衰材からなる被検体の内部における欠陥の有無を超音波を用いて判定する超音波探傷検査方法であって、前記被検体と同一性状の健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、該送信用探触子から発信された超音波の前記健全なデータ採取用被検体における欠陥のない部分を透過する透過波を前記健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で欠陥無信号波として予め受信した後、前記被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、前記送信用探触子から発信された超音波の前記被検体を透過する透過波を前記被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で本信号波として受信し、前記健全なデータ採取用被検体に超音波を透過させることで取得した前記欠陥無信号波、及び、前記被検体に超音波を透過させることで取得した前記本信号波の双方を開口合成して、それぞれの可視化画像を取得するのに続いて、前記欠陥無信号波及び前記本信号波の各可視化画像同士を比較して、該欠陥無信号波及び前記本信号波の各可視化画像間に前記被検体の欠陥で発生する回折波による相違点がある場合には、前記被検体内に欠陥有りと判定する構成としている。

本発明の第１の態様は、超音波が減衰する減衰材からなる被検体の内部における欠陥の有無を超音波を用いて判定する超音波探傷検査方法であって、前記被検体と同一性状の健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、該送信用探触子から発信された超音波の前記健全なデータ採取用被検体における欠陥のない部分を透過する透過波を前記健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で欠陥無信号波として予め受信した後、前記被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、前記送信用探触子から発信された超音波の前記被検体を透過する透過波を前記被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で本信号波として受信し、前記健全なデータ採取用被検体に超音波を透過させることで取得した前記欠陥無信号波と、前記被検体に超音波を透過させることで取得した前記本信号波とを比較して、前記欠陥無信号波及び本信号波に、前記被検体に超音波を透過させることで該被検体の欠陥で発生する回折波による振幅の差が生じている場合には、前記振幅の差分を開口合成し、該振幅の差分を開口合成して得られる可視化画像に基づいて前記被検体内に欠陥有りと判定する構成としている。

本発明の第２の態様は、前記被検体に検査領域を設定すると共に該検査領域をブロック状に分割して複数の検査小領域を設定し、前記検査領域をブロック状に分割することで設定された複数の前記ブロック毎で得られる前記回折波の信号強度をそれぞれ演算して合成し、この合成で取得した前記信号強度に基づいて、前記被検体内に有りと判定した前記欠陥の位置を特定する構成としている。

本発明の第３の態様は、前記被検体と同一性状で且つ複数の欠陥が形成された変換曲線作成用被検体の表裏面のうちの一方の面に前記送信用探触子を配置して、該送信用探触子から発信された超音波の前記変換曲線作成用被検体を透過する透過波を前記変換曲線作成用被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で受信した後、前記健全なデータ採取用被検体から取得した透過波の信号波形の最大振幅強度と、前記変換曲線作成用被検体から取得した複数箇所における透過波の信号波形の最大振幅強度との差分を演算して前記回折波の振幅強度を求め、前記回折波の信号波形の振幅強度と前記複数の欠陥の位置との関係を表す変換曲線を作成し、取得した前記回折波の信号波形の振幅強度に基づいて、前記変換曲線から前記欠陥の位置及び大きさ等の性状を推定ないし特定する構成としている。

本発明の第４の態様は、前記健全なデータ採取用被検体，前記変換曲線作成用被検体及び前記被検体の各他方の面側における透過波の受信を複数箇所に並べて配置した受信用探触子で行う構成とし、本発明の第５の態様は、前記健全なデータ採取用被検体，前記変換曲線作成用被検体及び前記被検体の各他方の面側における透過波の受信を一つの受信用探触子を走査させて行う構成としている。

一方、本発明に係る超音波探傷検査装置の第１の態様は、超音波が減衰する減衰材からなる被検体の内部における欠陥の有無を超音波を用いて判定する超音波探傷検査装置であって、被検体に超音波を入射する送信用探触子と、前記被検体を介して前記送信用探触子と対向して配置され、前記被検体内を伝搬する超音波を受信する受信用探触子と、前記被検体と同一性状の健全なデータ採取用被検体における欠陥のない部分に超音波を透過させることで取得した欠陥無信号波と、前記被検体に超音波を透過させることで取得した本信号波とを比較して、前記欠陥無信号波及び本信号波に、前記被検体に超音波を透過させることで該被検体の欠陥で発生する回折波による振幅の差が生じている場合に、前記振幅の差分を開口合成して可視化画像を取得する手段と、前記振幅の差分を開口合成して得られる可視化画像に基づいて前記被検体内に欠陥有りと判定する手段を備える構成としている。

本発明に係る超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置によれば、被検体が高減衰材である場合でも、被検体に内在する欠陥の検査精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る超音波探傷検査装置の概略図である。図１の方向Ａから見た受信用探触子の一配置例を示す概略図である。本発明に係る超音波探傷検査方法の参考実施要領を示すフローチャートである。健全なデータ取得用被検体に超音波探傷検査を実施する場合の概略図である。欠陥が内在する被検体に超音波探傷検査を実施する場合の概略図である。被検体内に設定した仮想領域を示す概略図である。被検体に内在する欠陥に最も近いアレイ探触子が受信した回折波の信号波形を示す図（Ａ），図７（Ａ）に示す信号波形の回折波を受信したアレイ探触子の隣に配置されているアレイ探触子で受信した回折波の信号波形を示す図（Ｂ）及び被検体に内在する欠陥から最も離れているアレイ探触子が受信した回折波の信号波形を示す図（Ｃ）である。図７に示した信号波形の回折波を開口合成した合成波の信号波形を示す図である。健全なデータ採取用被検体に超音波を透過させることで取得した欠陥無信号波を開口合成して得た可視化画像（Ａ）及び被検体に超音波を透過させることで取得した本信号波を開口合成して得た可視化画像（Ｂ）である。本発明に係る超音波探傷検査方法の一実施要領を示すフローチャートである。健全なデータ採取用被検体に超音波を透過させることで取得した欠陥無信号波及び被検体に超音波を透過させることで取得した本信号波間に生じている振幅の差分を開口合成して得られる可視化画像の模式図である。本発明の他の実施形態に係る超音波探傷検査装置の概略図である。本発明に係る超音波探傷検査方法の他の実施要領を示すフローチャートである。複数の欠陥が形成された変換曲線作成用被検体を含む概略図である。送信用探触子から見て０degの位置にある受信用探触子が受信した透過波及び回折波を含む合成波の各信号波形を示す図である。透過及び合成波の各最大振幅強度を示すグラフである。図１６の合成波の信号波形における回折波の最大振幅強度を示すグラフである。受信用探触子から欠陥までの距離と回折の強度との関係を表す変換曲線である。

以下、本発明に係る超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置を図面に基づいて説明する。
図１〜図９は、本発明に係る超音波探傷検査方法の一参考形態で使用する超音波探傷検査装置を示しており、この参考形態では、被検体が円筒形状を成すロケットの固体推進薬（高減衰材）である場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、この超音波探傷検査装置１は、パルス発生器１０と、送信用探触子１２と、受信用探触子１４と、パルスレシーバ１６と、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）１８と、演算装置２０と、モニタ２８を備えている。

送信用探触子１２は、円筒形状を成す被検体２の内周面（表裏面のうちの一方の面）２ａに接触状態で配置されており、パルス発生器１０で発生させた所定周波数の超音波を被検体２に入射させる。この際、被検体２が高減衰材から成るロケットの固体推進薬であることから、周波数は、被検体２の内部で減衰しにくい低い周波数、例えば、数百ｋＨｚとするのが好ましく、このように、低い周波数の超音波を被検体２に入射させることで、後述する透過波や回折波を受信用探触子１４で良好に受信し得る。

一方、受信用探触子１４は、円筒形状を成す被検体２の外周面（表裏面のうちの他方の面）２ｂに送信用探触子１２と対向して配置され、被検体２の内部を伝搬する透過波や回折波を受信する。この場合、受信用探触子１４は、図２にも示すように、合計ｍ×ｎ個のアレイ探触子１４ａを、縦にｍ個（ｍ＝１以上の整数）、横にｎ個（ｎ＝１以上の整数）マトリックス状に配置して成るマトリックスアレイであり、この受信用探触子１４は、中央ないしその近傍にあるアレイ探触子１４ａが送信用探触子１２と対向するようにして配置される。

アレイ探触子１４ａの少なくとも被検体２との接触面はゴムなどの弾性材料で形成されており、被検体２の外周面２ｂのように設置部位が曲面であったとしても、受信用探触子１４を被検体２の外周面２ｂに設置する際に、各アレイ探触子１４ａと被検体２の外周面２ｂとの間に隙間が生じることがないようにしている。なお、受信用探触子１４として、環状アレイを用いてもよい。

受信用探触子１４が受信した透過波や回折波は、パルスレシーバ１６で電気信号に変換され、電気信号に変換された透過波や回折波は、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル信号に変換されて、演算装置２０で信号処理される。

演算装置２０は、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）やＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ（図示せず）から構成されている。このメモリにはプログラムが格納されており、演算装置２０がこれらのプログラムを実行することによって、回折波抽出部２２，開口合成部２４及び欠陥性状推定部２６の各機能が発揮される。なお、演算装置２０は、回折波抽出部２２，開口合成部２４及び欠陥性状推定部２６以外の機能も有しているが、本参考形態では説明を省略する。

回折波抽出部２２は、受信用探触子１４のアレイ探触子１４ａのそれぞれが受信した透過波の信号波形を処理して回折波を抽出する。開口合成部２４は、抽出された回折波を後述するようにして開口合成する。欠陥性状推定部２６は、合成した回折波の信号強度に基づいて被検体２に内在する欠陥４の位置を特定すると共に、大きさ等の性状を推定する。

演算装置２０には出力装置としてモニタ２８が接続されており、演算装置２０で信号波形を処理して抽出される回折波を開口合成することで得られる可視化画像を表示して、被検体２内の欠陥４の有無や、被検体２に欠陥４が内在している場合の欠陥４の位置等の欠陥情報を表示するようにしている。なお、図示はしないが、演算装置２０はキーボード等の入力装置を備えていてもよい。

次に、上記した超音波探傷検査装置１を用いた本発明の一参考形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領を説明する。図３は、超音波探傷検査の工程を示すフローチャート、図４は、被検体２と同一性状のデータ採取用被検体２Ａ、すなわち、欠陥が内在しない健全な被検体２Ａに対して超音波探傷検査を実施する場合の概略図、図５は、欠陥が内在する被検体２に対して超音波探傷検査を実施する場合の概略図である。なお、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３以降の各ステップの処理は、演算装置２０のメモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによって行われる。

まず、ステップＳ１において、検査対象の被検体２と同一性状であり、欠陥４が形成されていない健全なデータ採取用被検体２Ａに対して超音波探傷検査を実施する。このように、欠陥４が形成されていないデータ採取用被検体２Ａの場合には、図４に示すように、送信用探触子１２からデータ採取用被検体２Ａに入射した超音波は、データ採取用被検体２Ａの内部を透過して受信用探触子１４において透過波ＷT（欠陥無信号波）として受信される。

ここで、受信用探触子１４のアレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnのうちの略中央にあるアレイ探触子をアレイ探触子１４ａ_ijとすると共に、アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnのうちの送信用探触子１２からの距離が最も短い列をｊ番目（ｊ＝１以上の整数）として、ｊ番目の列のアレイ探触子１４ａ_1j〜１４ａ_mjについて説明する。

受信用探触子１４のアレイ探触子１４ａ_1j〜１４ａ_mjのそれぞれが透過波ＷTを受信する時間は、送信用探触子１２に最も近いアレイ探触子１４ａ_ijが最も早くなり、送信用探触子１２から離れていくにつれて、透過波ＷTを受信する時間が遅くなる。そして、アレイ探触子１４ａ_ijから最も離れているアレイ探触子１４ａ_1j，１４ａ_mjが透過波ＷTを受信する時間が最も遅くなる。このように、各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnが透過波ＷTを受信する時間には、それぞれずれが生じる。

次いで、ステップＳ２において、検査対象の被検体２に対して超音波探傷検査を実施する。検査対象の被検体２に欠陥４が内在する場合には、図５に示すように、送信用探触子１２から送信された超音波は、欠陥４で回折して回折波ＷD（本信号波の一部）を生じ、欠陥４で生じた回折波ＷDは被検体２内を伝搬して受信用探触子１４で受信される。

図５では、判り易くするためにアレイ探触子１４ａ_1j，１４ａ_mjだけが透過波ＷTを受信する状況を示しているが、被検体２内を透過した透過波は他の各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnでも受信される。

このステップＳ２でも、各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnが回折波ＷD及び透過波ＷTを受信する時間には互にずれが生じる。また、欠陥４がある位置に応じて回折波ＷDを最も早く受信するアレイ探触子１４ａも変わる。さらに、被検体２内を伝搬する超音波において、まず透過波ＷTが各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnに受信され、その後遅れて回折波ＷDが各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnに受信される。

上述したように、ステップＳ２において検査対象の被検体２に対して超音波探傷検査を実施して得られた本信号波には、透過波ＷTと回折波ＷDとが含まれている。一方、ステップＳ１において健全なデータ採取用被検体２Ａに対して超音波探傷検査を実施して得られた欠陥無信号波には、透過波ＷTのみが含まれている。

そこで、ステップＳ３では、ステップＳ１で得た透過波ＷT（欠陥無信号波）、及び、ステップＳ２で得た透過波ＷTと回折波ＷDとの合成波（本信号波）の双方をそれぞれ開口合成する。開口合成とは、各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnが受信した信号波の時間のずれを合わせ込んで信号波を合成する処理のことである。詳しくは、図６〜図８に基づいて以下に説明する。

図６は、被検体２内の仮想領域Ｖを示す概略図、図７（Ａ）は、被検体２に内在する欠陥４に最も近いアレイ探触子１４ａが受信した回折波ＷDの信号波形の一例、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す信号波形の回折波を受信したアレイ探触子１４ａの隣に配置されているアレイ探触子１４ａで受信した回折波ＷDの信号波形の一例、図７（Ｃ）は、被検体２に内在する欠陥４から最も離れているアレイ探触子１４ａが受信した回折波ＷDの信号波形の一例、図８は、図７に示した信号波形の回折波を開口合成した合成波の信号波形の一例である。

図６に示すように、回折波ＷDを開口合成するために、受信用探触子１４が配置されている側の被検体２内の所定の大きさの領域を仮想領域Ｖとして設定する。仮想領域Ｖは、超音波探傷検査を行った領域のうち、欠陥４を評価する領域として設定する。仮想領域Ｖは、所定の大きさの複数のブロック（直方体形状の塊）Ｖgに分割されており、これらのブロックＶgに対して開口合成を行って、各ブロックＶgの信号強度を求める。

仮想領域ＶにおけるブロックＶg1の開口合成を例として以下に説明する。
複数のアレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnでそれぞれ受信されるブロックＶg1で発生した回折波ＷDには、受信時間のずれが生じている。

詳しくは、ステップＳ２で得た本信号波である合成波から抽出される回折波ＷDの信号波形は、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、ブロックＶg1に最も近いアレイ探触子１４ａ_ijにおいて最も速い時間ｔiで受信され、アレイ探触子１４ａ_ijの隣にあるアレイ探触子１４ａ_(i+1)jでは、時間ｔiよりも遅い時間ｔi+1で受信され、ブロックＶg1から最も離れているアレイ探触子１４ａ_mjにおいて最も遅い時間ｔmで受信される。複数のアレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnがそれぞれ受信した回折波ＷDを各々の信号波形の時間差を合わせ込んで合成すると、例えば、図８に示すように、信号強度Ｓの信号波形となる。仮想領域Ｖにおける複数のブロックＶg毎に開口合成を行い、これらのブロックＶgにおける各信号強度を求める。

そして、ステップＳ３では、ステップＳ１で得た透過波ＷT（欠陥無信号波）、及び、ステップＳ２で得た透過波ＷTと回折波ＷDとの合成波（本信号波）の双方を上述のようにそれぞれ開口合成して、複数のブロックＶgにおける各信号強度を求めて、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、透過波ＷTの可視化画像、及び、透過波ＷTと回折波ＷDとの合成波の可視化画像をモニタ２８上に表示する。

続いて、ステップＳ４において、ステップＳ３で得た２つの可視化画像同士を比較して、両可視化画像間に被検体２の欠陥４で発生する回折波ＷDによる相違点が存在すると、被検体２内に欠陥４有りと判定する。

ステップＳ５において、ステップＳ４で被検体２内に欠陥４有りと判定した場合には、ステップＳ３で開口合成した複数のブロックＶgにおける各信号強度に基づいて、欠陥４の位置や、大きさ等の欠陥４の性状の推定を行う。具体的には、ステップＳ３で行った開口合成により、欠陥４が存在するブロックＶgの信号強度Ｓは、他のブロックＶgの信号強度Ｓよりも大きくなるので、この信号強度Ｓに基づいて、欠陥４の大きさを推定することができる。また、複数のブロックＶgにおける各信号強度Ｓを求めることによって、欠陥４の位置を推定することができる。

このように、本参考形態では、検査対象の被検体２、及び、この被検体２と同じ性状の健全なデータ取得用被検体２Ａのそれぞれに超音波探傷検査を実施して、健全なデータ取得用被検体２Ａから得た可視化画像と、検査対象の被検体２から得た可視化画像とを比較し、両可視化画像に被検体２の欠陥４で発生する回折波ＷDによる相違点が生じている場合には、被検体２内に欠陥４有りと判定し、この回折波ＷDの信号波形（信号強度）に基づいて欠陥４の位置や、大きさ等の性状を推定ないし特定する。

これにより、欠陥４で発生する回折波ＷDの信号波形の信号強度は送信された超音波の信号強度より弱いので、被検体２が高減衰材である場合でも回折波の減衰が抑制され、検査対象の被検体２に内在する欠陥４の位置や、大きさ等の性状を精度よく特定することができる。
また、透過法を用いて超音波探傷検査を行うので、被検体２の外周面２ｂからの反射波の影響を受けることなく、被検体２の検査精度を向上させることができる。

さらに、超音波探傷検査を行った領域のうち、評価する領域を仮想領域Ｖとして複数のブロック状に区分けし、複数のブロックＶg毎に回折波ＷDの信号波形を開口合成してブロックＶgにおける各信号強度Ｓに基づいて欠陥４の性状を推定するので、欠陥４の性状を精度よく推定することができる。

さらにまた、検査対象となる被検体２の大きさに応じて受信用探触子１４のアレイ探触子１４ａの数を増加させることで、例えば大型の被検体２であったとしても、受信用探触子１４を走査させる必要がなく、受信用探触子１４を走査させる場合と比較して、被検体２を傷つけることなくより短時間で超音波探傷検査を実施し得る。

次に、上記した超音波探傷検査装置１を用いた本発明の一実施形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領を説明する。図１０は、超音波探傷検査の工程を示すフローチャートである。なお、図１０に示すフローチャートにおけるステップＳ３以降の各ステップの処理も、演算装置２０のメモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによって行われる。

この実施形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領が、先の参考形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領と相違するところは、ステップＳＳ３おいて、ステップＳ１及びステップＳ２でそれぞれ取得した透過波ＷTを比較して、両者の差分をアレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mn毎に求め、各アレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mnのそれぞれについて回折波ＷDを取得し、すなわち、健全なデータ採取用被検体２Ａに対して超音波探傷検査を実施して得られた信号波の振幅と、検査対象の被検体２に対して超音波探傷検査を実施して得られた信号波の振幅との差分を求めて、欠陥４により発生する回折波ＷDを抽出する点と、ステップＳＳ４において、ステップＳＳ３で抽出した回折波ＷDの回折波形を開口合成して図１１に示す可視化画像を取得した後、ステップＳＳ５において、この可視化画像に基づいて被検体２内に欠陥４有りと判定する点にある。

そして、ステップＳＳ６において、先の参考形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領と同様に、ステップＳＳ５で被検体２内に欠陥４有りと判定した場合には、ステップＳＳ４で開口合成した複数のブロックＶgにおける各信号強度に基づいて、欠陥４の位置や、大きさ等の欠陥４の性状の推定を行う。

このように、本実施形態では、検査対象の被検体２、及び、この被検体２と同じ性状の健全なデータ取得用被検体２Ａのそれぞれに超音波探傷検査を実施して、健全なデータ取得用被検体２Ａから受信した信号波と検査対象の被検体２から受信した信号波とを比較し、両波の各振幅に被検体２の欠陥４で発生する回折波ＷDによる差が生じている場合には、その差分をアレイ探触子１４ａ₁₁〜１４ａ_mn毎に求めて回折波ＷDを抽出し、この回折波ＷDの信号強度に基づいて欠陥４の位置や、大きさ等の性状を推定ないし特定する。

これにより、欠陥４で発生する回折波ＷDの信号強度は送信された超音波の信号強度よりも弱いので、被検体２が高減衰材である場合でも回折波の減衰が抑制され、検査対象の被検体２に内在する欠陥４の位置や、大きさ等の性状を精度よく特定することができる。
また、透過法を用いて超音波探傷検査を行うので、被検体２の底面からの反射波の影響を受けることなく、被検体２の検査精度を向上させることができる。

さらに、超音波探傷検査を行った領域のうち、評価する領域を仮想領域Ｖとして複数のブロック状に区分けし、複数のブロックＶg毎に回折波ＷDの信号波形を開口合成してブロックＶgにおける各信号強度Ｓに基づいて欠陥４の性状を推定するので、欠陥４の性状を精度よく推定することができ、加えて、図１１に模式的に示す１つの可視化画像だけで、欠陥４の有無の判定を行い得る。

次に、本発明に係る超音波探傷検査装置のさらに他の実施形態について説明する。本実施形態は、上記実施形態に対して、回折波の信号強度と受信用探触子１４から欠陥４までの距離との関係を変換曲線として予め作成し、その変換曲線に基づいて欠陥４の性状を推定する点が異なっており、その他の構成については共通している。したがって、共通点については説明を省略する。

図１２は、本実施形態に係る超音波探傷検査装置１Ａの概略図である。図１２に示すように、この超音波探傷検査装置１Ａの演算装置２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ（図示せず）から構成されている。当該メモリにはプログラムが格納されており、演算装置２００がこれらのプログラムを実行することによって、回折波抽出部２０１、回折強度演算部２０２、欠陥性状推定部２０３の各機能が発揮される。また、当該メモリには、後述する変換曲線が格納されている。なお、演算装置２００は、回折波抽出部２０１、回折強度演算部２０２、欠陥性状推定部２０３以外の機能も有しているが、本変形例では説明を省略する。

回折波抽出部２０１は、受信用探触子１４のアレイ探触子１４ａのそれぞれが受信した透過波を処理して、回折波の成分を抽出する。回折強度演算部２０２は、抽出された回折波の信号強度を演算する。欠陥性状推定部２０３は、演算された回折波の信号波形に基づいて被検体２に内在する欠陥４の位置を特定すると共に、大きさ等の性状を推定する。

次に、本実施形態に係る超音波探傷検査装置１Ａを用いた本発明の他の実施形態に係る超音波探傷検査方法の実施要領を説明する。図１３は、超音波探傷検査の工程を示すフローチャート、図１４は、被検体２と同一性状であり且つ複数の欠陥４が形成された変換曲線作成用被検体２Ｂの概略図、図１５は、送信用探触子１２から見て０degの位置にある受信用探触子１４が受信した透過波及び回折波を含む合成波の各信号波形、図１６は、透過波及び合成波の最大振幅強度を示すグラフ、図１７は、図１６の合成波の信号波形における回折波形の最大振幅強度を示すグラフ、図１８は、受信用探触子１４から欠陥４までの距離と、回折の強度との関係を表す変換曲線をそれぞれ示している。

まず、検査対象の被検体２と同一性状の被検体を２体準備し、一方を上述の欠陥４のない健全なデータ取得用被検体２Ａとし、他方を複数の欠陥４が形成された変換曲線作成用被検体２Ｂとし、詳しくは、図１４に示すように、変換曲線作成用被検体２Ｂは、複数の欠陥４ａ〜４ｄが内在するものとする。一例として、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心からの距離をＲ１〜Ｒ６で示し、この変換曲線作成用被検体２Ｂに形成された欠陥４ａ〜４ｄは、送信用探触子１２から見て略直線上、即ち０degの位置に内在している。欠陥４の数は、本実施形態において欠陥４ａ〜４ｄの４個としているが、欠陥４の数は後述する変換曲線を作成するために十分な数であればこれに限られない。また、領域Ｐは、送信用探触子１２から送信された超音波が変換曲線作成用被検体２Ｂ内を伝搬する領域を示している。受信用探触子１４は、この領域Ｐの範囲を走査させればよい。

送信用探触子１２から見た受信用探触子１４の位置が０degとなる位置を基準とし、図１４において０degから上方向を正の位置、下方向を負の位置とする。図１４では、例として変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から送信用探触子１２までの距離Ｒ１＝２００mm、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から欠陥４ａまでの距離Ｒ２＝３００mm、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から欠陥４ｂまでの距離Ｒ３＝５００mm、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から欠陥４ｃまでの距離Ｒ４＝７００mm、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から欠陥４ｄまでの距離Ｒ５＝９００mm、変換曲線作成用被検体２Ｂの中心から受信用探触子１４までの距離Ｒ６＝１０００mmとしている。送信用探触子１２から送信された超音波が伝搬する範囲Ｐを受信用探触子１４で走査し、それぞれの位置で透過波ＷT及び回折波ＷDの信号波形を取得する。なお、図１４では、１つの受信用探触子１４を走査させているが、複数のアレイ探触子１４ａを用いてもよい。

そして、ステップＳ１１において、変換曲線作成用被検体２Ｂに対して超音波探傷検査を実施して透過波ＷT及び回折波ＷDを取得するのに続いて、ステップＳ１２において、健全なデータ取得用被検体２Ａに対して超音波探傷検査を実施して、透過波ＷTを取得する。

次いで、ステップＳ１３において、ステップＳ１１で取得した透過波ＷT及び回折波ＷDと、ステップＳ１２で取得した透過波ＷTとに基づいて、変換曲線を作成する。

詳しくは、図１５に示すように、健全なデータ取得用被検体２Ａに超音波探傷検査を実施して取得した透過波ＷTの最大振幅に対して、変換曲線作成用被検体２Ｂに超音波探傷検査を実施して取得した距離Ｒ５の位置にある欠陥４ｄからの透過波ＷTの最大振幅が若干小さくなるので、受信用探触子１４を変換曲線作成用被検体２Ｂの外周上で走査して、この欠陥４ｄにおける最大振幅を変換曲線作成用被検体２Ｂの外周の各位置で取得してプロットすることで変換曲線を作成する。

一例として、図１６に簡略的に示すように、送信用探触子１２からの距離が近い欠陥４ａほど、つまり受信用探触子１４から距離の遠い欠陥４ａほど、透過波ＷTの最大振幅強度が弱くなる傾向にある。また、健全なデータ取得用被検体２Ａから取得した透過波ＷTの最大振幅強度に対して、欠陥４ａ（欠陥４ｂ〜４ｄの波形は省略）から取得した最大振幅強度は、複数のピークに分かれている。このようにして取得した透過波ＷTの最大振幅強度について、健全なデータ取得用被検体２Ａから取得した透過波ＷTの最大振幅強度と、欠陥４ａから取得した透過波ＷTの最大振幅強度との差分を演算したものを図１７に示す。

図１７に簡略的に示すように、健全な被データ取得用被検体２Ａから取得した透過波ＷTを基準とした透過波ＷTの最大振幅強度、即ち回折波ＷDの最大振幅強度のグラフは、ピークが２つに割れた形状として現れる。ここで、２つのピークは略等しい大きさであることから、このピークから２つのピークの間にある谷までの長さ、即ち振幅強度を回折の強度ＳDとする。

一例として、図１７には欠陥４ａにおける最大振幅強度のグラフにおける振幅強度ＳD2を示している。このように回折の強度ＳDを欠陥４ａ〜４ｄのそれぞれのグラフから求め、回折の強度ＳDと受信用探触子１４から欠陥４ａ〜４ｄまでの距離をプロットし、得られた曲線を変換曲線とする。この変換曲線の例を図１８に示す。図１８に示すように、各点を曲線で近似した変換曲線を作成することによって、この変換曲線を用いて、回折の強度ＳDに基づいて欠陥４ａ〜４ｄの位置を特定することができる。

次に、ステップＳ１４において、検査対象の被検体２に対して超音波探傷検査を実施して、透過波ＷT及び回折波ＷDを取得する。

そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１１で取得した透過波ＷT及び回折波ＷDと、ステップＳ１２で取得した透過波ＷTとの差分を演算する。詳しくは、ステップＳ１１で取得した透過波ＷT及び回折波ＷDの最大振幅強度と、ステップＳ１２で取得した透過波ＷTの最大振幅強度との差分を演算する。この差分の振幅強度は、回折波ＷDの振幅強度、即ち回折の強度ＳDとなる。

続いて、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で求めた回折の強度ＳDから、ステップＳ１３で作成した変換曲線に基づいて、検査対象の被検体２に内在する欠陥４の位置を推定する。例えば、ステップＳ１５で求めた回折の強度ＳDが１．０５×１０^-3であった場合には、受信用探触子１４から欠陥４までの距離は約５００mmとなる。

このように、本実施形態において、予め欠陥４の距離が測定された変換曲線作成用被検体２Ｂを用いて変換曲線を作成し、その変換曲線に基づいて検査対象の被検体２に内在する欠陥４の性状を推定する。これにより、検査対象の被検体２の検査精度をより向上させることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明に係る超音波探傷検査方法及び超音波探傷検査装置をロケットの高減衰材である固体推進薬の欠陥検出に用いた場合を示したが、例えば、ゴム等の弾性体やプラント等の大型構造物の欠陥検出に用いてもよい。

また、上記実施形態では、受信用探触子１４としてマトリックスアレイを用いているが、１つの受信用探触子１４を走査して透過波ＷT及び回折波ＷDの信号波形を取得してもよい。

１，１Ａ超音波探傷検査装置
２被検体
２Ａ健全なデータ採取用被検体
２ａ被検体の内周面（表裏面のうちの一方の面）
２ｂ被検体の外周面（表裏面のうちの他方の面）
４欠陥
１２送信用探触子
１４受信用探触子
２０演算装置（可視化画像を取得する手段）

Claims

超音波が減衰する減衰材からなる被検体の内部における欠陥の有無を超音波を用いて判定する超音波探傷検査方法であって、
前記被検体と同一性状の健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、該送信用探触子から発信された超音波の前記健全なデータ採取用被検体における欠陥のない部分を透過する透過波を前記健全なデータ採取用被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で欠陥無信号波として予め受信した後、
前記被検体の表裏面のうちの一方の面に送信用探触子を配置して、前記送信用探触子から発信された超音波の前記被検体を透過する透過波を前記被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で本信号波として受信し、
前記健全なデータ採取用被検体に超音波を透過させることで取得した前記欠陥無信号波と、前記被検体に超音波を透過させることで取得した前記本信号波とを比較して、前記欠陥無信号波及び本信号波に、前記被検体に超音波を透過させることで該被検体の欠陥で発生する回折波による振幅の差が生じている場合には、前記振幅の差分を開口合成し、該振幅の差分を開口合成して得られる可視化画像に基づいて前記被検体内に欠陥有りと判定する超音波探傷検査方法。
前記被検体に検査領域を設定すると共に該検査領域をブロック状に分割して複数の検査小領域を設定し、
前記検査領域をブロック状に分割することで設定された複数の前記ブロック毎で得られる前記回折波の信号強度をそれぞれ演算して合成し、
この合成で取得した前記信号強度に基づいて、前記被検体内に有りと判定した前記欠陥の位置を特定する請求項１に記載の超音波探傷検査方法。
前記被検体と同一性状で且つ複数の欠陥が形成された変換曲線作成用被検体の表裏面のうちの一方の面に前記送信用探触子を配置して、該送信用探触子から発信された超音波の前記変換曲線作成用被検体を透過する透過波を前記変換曲線作成用被検体の表裏面のうちの他方の面側の複数箇所で受信した後、
前記健全なデータ採取用被検体から取得した透過波の信号波形の最大振幅強度と、前記変換曲線作成用被検体から取得した複数箇所における透過波の信号波形の最大振幅強度との差分を演算して前記回折波の振幅強度を求め、前記回折波の信号波形の振幅強度と前記複数の欠陥の位置との関係を表す変換曲線を作成し、
取得した前記回折波の信号波形の振幅強度に基づいて、前記変換曲線から前記欠陥の位置及び大きさ等の性状を推定ないし特定する請求項１に記載の超音波探傷検査方法。
前記健全なデータ採取用被検体，前記変換曲線作成用被検体及び前記被検体の各他方の面側における透過波の受信を複数箇所に並べて配置した受信用探触子で行う請求項１に記載の超音波探傷検査方法。
前記健全なデータ採取用被検体，前記変換曲線作成用被検体及び前記被検体の各他方の面側における透過波の受信を一つの受信用探触子を走査させて行う請求項１に記載の超音波探傷検査方法。
超音波が減衰する減衰材からなる被検体の内部における欠陥の有無を超音波を用いて判定する超音波探傷検査装置であって、
被検体に超音波を入射する送信用探触子と、
前記被検体を介して前記送信用探触子と対向して配置され、前記被検体内を伝搬する超音波を受信する受信用探触子と、
前記被検体と同一性状の健全なデータ採取用被検体における欠陥のない部分に超音波を透過させることで取得した欠陥無信号波と、前記被検体に超音波を透過させることで取得した本信号波とを比較して、前記欠陥無信号波及び本信号波に、前記被検体に超音波を透過させることで該被検体の欠陥で発生する回折波による振幅の差が生じている場合に、前記振幅の差分を開口合成して可視化画像を取得する手段と、
前記振幅の差分を開口合成して得られる可視化画像に基づいて前記被検体内に欠陥有りと判定する手段を備える超音波探傷検査装置。